Portulaca oleracea como modelo para estudos da transição entre as fotossínteses C3, C4 e CAM: caracterização bioquímica e desenvolvimento de protocolos de transformação genética estável

• Processo: 14/08963-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2014
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2015
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
• Pesquisador responsável: Luciano Freschi
• Beneficiário: Paula Yumi Nagumo
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Metabolismo ácido das crassuláceas Estresse hídrico Fotossíntese Fotossíntese C3 Fotossíntese CAM Portulaca Técnicas in vitro Modelos genéticos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Adaptações Fotossintéticas | Estresse Hídrico | fotossíntese CAM | Fotossíntese C4 | Metabolismo Ácido das crassuláceas | Transformação genética estável | Fotossíntese

Resumo

Por serem mecanismos concentradores de CO2, o metabolismo ácido das crassuláceas (CAM) e a fotossíntese C4 conferem maior eficiência no uso da água e supressão da fotorrespiração, sendo, portanto, especialmente benéficos para plantas que habitam regiões tropicais e quentes. Até o presente momento, apenas três espécies foram caracterizadas como portadoras de metabolismo fotossintético do tipo C4-CAM facultativo, todas elas pertencentes ao gênero Portulaca. Dentre essas, Portulaca oleracea caracteriza-se por apresentar fotossíntese do tipo C4-CAM facultativo em suas e folhas e do tipo C3-CAM facultativo em seus caules, tornando-se, portanto, um material de estudo particularmente interessante para se avaliar os mecanismos bioquímicos, fisiológicos, genéticos, regulatórios e evolutivos que resultaram na integração entre esses diferentes tipos fotossintéticos (C3, C4 e CAM) num mesmo organismo. Uma estratégia particularmente interessante para estudos com essa espécie compreenderia a superexpressão e silenciamento gênico de componentes-chaves desses mecanismos concentradores de CO2, tais como enzimas e proteínas regulatórias. Nesse sentido, estudos que otimizem protocolos de regeneração in vitro com vistas ao emprego futuro da tecnologia do DNA recombinante para a produção de plantas transgênicas de P. oleracea são particularmente importantes para o estabelecimentos de abordagens mais profundas no estudo da ocorrência das fotossínteses C3, C4 e CAM numa mesma espécie. Diante desse cenário o presente projeto visa contribuir para o estabelecimento de P. oleracea como um modelo genético para estudos sobre a transição entre os comportamentos fotossintéticos C3, C4 e CAM. Primeiramente, buscar-se-á padronizar protocolos de regeneração in vitro e de transformação genética estável nessa espécie via co-incubação com Agrobacterium tumefasciens. Em paralelo, realizar-se-á uma detalhada caracterização das condições hídricas ideais para a indução, manutenção e reversão do comportamento CAM em tecidos foliares e caulinares. Para tanto, plantas de P. oleracea serão submetidas a regimes hídricos distintos e, em seguida, seus teores foliares e caulinares de acúmulo noturno de acidez titulável e de ácidos orgânicos (malato, citrato, isocitrato e fumarato) serão determinados e correlacionados com as flutuações diurnas nos teores de açúcares solúveis (sacarose, frutose e glicose) e amido. Por fim, também serão avaliadas as alterações morfológicas associadas à transição da fotossíntese C4 para CAM nos tecidos foliares e à transição da fotossíntese C3 para CAM nos tecidos caulinares dessa planta. Em conjunto, tais abordagens poderão fornecer subsídios importantes para a adoção futura de P. oleracea como modelo genético para estudos da transição entre as fotossínteses C3, C4 e CAM, bem como o emprego desses conhecimentos para o melhoramento da eficiência no uso da água em espécies de interesse econômico. (AU)